JPH04340605A - ロボットのオフライン教示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロボットのオフライン
教示方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、作業用ロボットにその作業内容を
教示するためには、作業者がティーチングボックスを携
行しロボットの動作範囲内に入り、所望のロボットその
ものを手動動作させながら、教示を行う方法が一般的で
あった。しかし、この方法は、稼働可能なロボットを教
示の為に長時間休止させる必要があるという経済的な大
きな問題があり、さらに、教示者にとっては危険な場所
での長時間作業は肉体的にも精神的にも大きな負担であ
る。

【０００３】そこで、ロボット実機のコントローラとは
独立なコンピュータ上にロボットやワークのモデルを構
築し、そのモデルを使って、配置検討や教示を行う方式
が開発されており、基本的な技術的思想は、特開昭６４
−５７７９号公報、特開昭５９−２２９６１９号公報等
に開示されている。

【０００４】また、オフライン教示した位置データと、
ロボットが実際に据えつけられた現場で必要な位置デー
タとの「ずれ」を修正する方法についても、特開昭６３
−２０６８０９号公報、特開昭６０−６５３０４号公報
等に開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記のような
従来の方式では、以下のような課題があった。 （１）作業対象物体上の代表点数点の位置データを、既
に据えつけられたロボットで測定するのであるが、その
作業自体がディーチングボックスを使った直接教示の方
法に準ずる作業であり、直接教示と同等の欠点を持って
いる。

【０００６】（２）特開昭６３−２０６８０９号公報に
開示されるようなロボット制御装置、あるいは特開昭６
３−２７３９１２号公報に開示されるような工場現場に
設置された編集装置において、「ずれ」を修正するシス
テムの場合には、「ずれ」の修正情報がティーチングデ
ータを生み出すＣＡＤシステムにまで送られないため、
ＣＡＤシステムから新たなティーチングデータをロボッ
トに転送する都度、制御装置や編集装置において「ずれ
」の修正作業を行う必要があり、また工場現場に「ずれ
」修正前のティーチングデータと修正後のティーチング
データが混在し、データ管理に混乱をきたす。

【０００７】本発明は、前記のような課題を解消するた
めになされたものであって、その目的とするところは、
以下の点にある。 （１）ロボットの作業対象物体上の代表点の位置データ
をロボットで測定する際に、ロボットが測定作業のため
に行うべき一連の動作をあらかじめ作成されたプログラ
ムに従い自動的に行うことにより、作業者を微妙で危険
な位置合わせ（測定）作業から解放すること。

【０００８】（２）ロボットの測定により得られた現場
のデータをもとに対象物体のＣＡＤモデルの位置を更新
、記憶する事により、過去と同一対象物体に関してティ
ーチングデータの異なる新たなロボットプログラムを作
成した際には「ずれ」修正作業を不要とすること。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、ロボットおよび周辺機器、ワークに関す
るデータを蓄積し、グラフィックディスプレイ上に表示
し、更に、作業者の作成したプログラムにより前記ロボ
ット、周辺機器およびワークの動作のシミュレーション
を行う手段と、前記シミュレーション手段に接続され前
記プログラムを所望のロボット言語の文法に従ったプロ
グラムに変換する手段と、環境物体の位置・姿勢データ
の３次元ＣＡＤシステム上と実際上のズレ量を補正する
手段を備える事により、ロボット実機を使用せずにロボ
ットの動作の教示を行いしめる方法において、ロボット
の手先に設けた接触検出子で環境物体の位置・姿勢を測
定するための一連の動作プログラムを、前記ＣＡＤシス
テムを用いて作成し、このプログラムに従い必要な環境
物体の位置データを測定して一旦記憶し、そのデータを
ＣＡＤシステムまで転送し、環境物体のモデルの位置・
姿勢を修正することを特徴とする。

【００１０】また、接触検出子がロボットの手先に設け
てなる検出対象物体と接触検出子の接触状況を電気的に
出力する手段と、検出対象物体と接触検出子が接触した
瞬間の接触検出子の位置データを記憶保持する手段と、
前記記憶保持された位置データから検出対象物体の位置
を演算し、ＣＡＤシステムにデータ転送する手段と、検
出対象物体を含む作業対象物体のＣＡＤモデルの位置を
修正する手段と、検出対象物体の位置を測定するために
必要な接触検出子の一連の動作を簡便にオフラインで教
示する手段と、を備える事を特徴とする。

【００１１】前記において、環境物体の位置・姿勢を測
定するために、ロボットの手先に検出子およびグリッパ
（把持手段）を取りつけてあることを特徴とする。

【００１２】ロボットの手先に取付座部品を取り付け、
それに複数のグリッパと検出子を併設して取り付けてあ
る構造で、かつロボット側の取付座部品に設けた位置決
めピンと検出子側に設けた穴の嵌め合いにより、検出子
を着脱しても取り付け位置が常に一定であるようにした
ことを特徴とする。

【００１３】前記の検出子をグリッパに付け換えた時に
、これらの作用線が同一であるような取り付け構造を備
えていることを特徴とする。

【００１４】前記の検出子と併設されたグリッパの作用
線の交点が一転で交わり、かつその交点が、ロボットの
最終回転軸上にあることを特徴とする。

【００１５】

【作用】この構成により、本発明によれば、ロボットの
手先に設けた接触検出子で検出対象物体の位置・姿勢を
検出すると共に、一連の動作プログラムをＣＡＤシステ
ムを用いて作成するものであり、このプログラムに従い
必要な検出対象物体の位置データを測定して一旦記憶し
、この位置データから検出対象物体の位置を演算してＣ
ＡＤシステムに転送し、検出対象物体のモデルの位置・
姿勢を修正するようにしたことで、作業対象物体の位置
データをロボットで測定する際に、作業者を危険な位置
合わせ（測定）作業から解放することが可能となる。 また、同一対象物体に関して新たにティーチングデータ
の異なるロボットプログラムを作成した際には「ずれ」
修正作業が不要となる。

【００１６】ロボットの手先には取付座部品が取り付け
られ、それに複数のグリッパと検出子を併設し、取付座
部品に設けた位置決めピンと検出子側に設けた穴の嵌め
合いにより、検出子を着脱しても取り付け位置が常に一
定であるため、測定とグリッパによる作業の組合わせ作
業を次々と繰り返す場合に効率的に行うことができる。 なお、測定を終了により検出子を取り外して他のグリッ
パを取り付ければ、より多くのグリッパを使って作業が
出来るようになり、しかもこれらの取り付け位置は簡単
に再現できるようになる。

【００１７】また、検出子をグリッパに付け換えた時に
、これらの作用線が同一であるような取り付け構造を備
えていることにより、作用線を再定義する必要もない。 更に、検出子と併設されたグリッパの作用線の交点が一
転で交わり、かつその交点がロボットの最終回転軸上に
あるため、ロボットの最終軸を回転するだけで、以前に
検出子の作用線のあった位置にグリッパの作用線が一致
するように移動することができ、測定作業とグリッパに
よる作業の切替えが容易になる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を一実施例によって説明する。 まず、本発明のシステムの構成を図１により説明する。 本発明の装置は６つの部分、すなわちＣＡＤシステム１
、パソコン２、ロボットコントローラ３、ロボット本体
４、接触検出子５、接触検出子用のインターフェース装
置６から成る。

【００１９】次に、本発明のソフトウェアの構成を図２
に従って説明する。同図に示すように、本発明では従来
のロボット教示システム、すなわち目的作業教示を行う
ＣＡＤシステム１３、パソコン１４、ロボットコントロ
ーラ１５、或いはこれに「ずれ」修正手段、すなわち検
出位置の記憶を行うロボットコントローラ１０、測定対
象物体位置の演算を行うパソコン１１、作業対象モデル
位置修正を行うＣＡＤシステム１２等を加えたシステム
に、更に測定動作教示を行うＣＡＤシステム７、パソコ
ン８、ロボットコントローラ９のように、ロボットが作
業対象物体中の代表点を測定する為の動作をオフライン
で生成する手段を付加している。

【００２０】ここで、前記代表点の測定動作をオフライ
ンで生成する手段を説明する。ＣＡＤシステム内には、
少なくともロボットと作業対象物体のモデルが設計デー
タに基づいて入力されており、ロボットモデルは実機と
同様の機構演算手段を有しており、作業者の指示により
ロボットの動作定義及び動作シミュレーションが可能で
ある。

【００２１】本実施例では、下記に述べる様に、作業対
象物体の代表点の位置を得るために円柱体の測定を行う
。この測定動作の教示を容易にするために、円柱モデル
に識別名を与えておき、一方、動作パターンだけを定義
し、適用すべき円柱の識別名を後から入力し、入力され
た円柱の識別名を動作パターンと自動的に組合せるプロ
グラムを作成しておく。例えば本プログラム名を「ＭＥ
ＡＳＵＲＥ」とし、「ＥＮＣＨＵ１」という識別名を持
つ円柱の測定動作を生成する場合には、ＭＥＡＳＵＲＥ
（ＥＮＣＨＵ１）と入力すれば良いのである。

【００２２】次に、本プログラムを図に従って一層詳細
に説明する。先ずプログラム全体のフローチャートを図
３に示す。同図において、第１番目に円柱識別名の読み
込みを行い、第２番目に動作点群生成と識別名付与を行
い、第３番目に動作シミュレーション命令の列記を行う
。

【００２３】この第３番目の処理内容の更に詳細なフロ
ーチャートを図４（ａ）（ｂ）に示す。すなわち、ステ
ップ１００でＰ１−Ｕへ移動命令を行い、ステップ１０
２でＰ１−Ｄへ移動命令を行い、ステップ１０４で円柱
中心へ向かって探索を行い、ステップ１０６で接触検出
子の位置を記憶命令し、ステップ１０８でＰ１−Ｕへ移
動命令を行い、ステップ１１０でＰ１−Ｄへ移動命令を
行う。

【００２４】図５は、接触検出子の取付図である。本実
施例では、環境物体の位置・姿勢を測定するために、ロ
ボットの手先に検出子およびグリッパ（把持手段）を取
りつけてある。すなわち、ロボット本体のグリッパ等取
付け用のフランジに、部品を把持するための３台のグリ
ッパ２１、２２、２３と、前記グリッパ２１、２２、２
３と同等の取付け方法で接触検出子２４が取りつけられ
ている。

【００２５】接触検出子２４は、図６（ａ）（ｂ）のよ
うに、グリッパと同様に固定用の数本のボルト３０によ
り固定されており、その取り外しは容易に行えると共に
、再度取付け時には前回取付け時の位置が容易に再現で
きる様に考慮されている。すなわち、ロボットの手先に
取付座部品を取り付け、それに複数のグリッパ２１，２
２，２３と検出子２４を併設して取り付けてある構造で
、かつロボット側の取付座部品に設けた位置決めピン３
１と検出子側に設けた穴３２の嵌め合いにより、検出子
２４を着脱しても取り付け位置が常に一定であるように
している。従って、「ずれ」修正の工程終了時には、接
触検出子２４を取り外して、代わりに他のグリッパ等を
取り付けることもできる。もちろん、作業の障害になら
ないのであれば、そのまま接触検出子２４を取り付けた
ままでもよい。

【００２６】また、本実施例で使用した接触検出子２４
は、検出プローブ２４ａが物体に当たった際に、検出プ
ローブ２４ａの軸が本体２４ｂの軸の回り全方向に傾斜
すると共に、本体の軸方向の圧縮向きに検出プローブ２
４ａが移動する事も出来る。

【００２７】更に、本実施例で、図７のように、検出子
２４をグリッパ２１，２２，２３に付け換えた時に、こ
れらの作用線が同一であるような取り付け構造を備えて
いる。そして、検出子２４と併設されたグリッパ２１，
２２，２３の作用線の交点が一点で交わり、かつその交
点がロボットの最終回転軸上にあることになる。

【００２８】図８は、ロボットの作業対象物体の例を示
した物である。この実施例では、平板２５に作業対象物
体の代表点となる円柱２６、２７、２８と、ロボットが
実際に作業効果を与えるべき作業点群、例えば部品の把
持点群２９が存在する。「ずれ」修正工程では、ロボッ
トの基準座標系での円柱２６、２７、２８のそれぞれの
位置データ（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）、（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２
）、（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）から、平板２５の空間的位置
データ（Ｘ，Ｙ，Ｚ，α，β，γ）を決定し、平板２５
のＣＡＤモデルの位置を修正し、従って平板の上の作業
点群２９のロボットの基準座標系での位置データを得る
のである。

【００２９】この方法を適用する為には、円柱と作業点
群の位置関係が充分に正確にＣＡＤモデルに入力されて
いる事が必要であるが、円柱の設置場所に精度良く穴加
工を行い、その穴に円柱を嵌め合い挿入するなどすれば
、位置精度は確保できる。

【００３０】図９は、前記円柱２６（２７，２８）の位
置を測定するための検出子２４の動作経路を示している
。すなわち、先ず円柱の中心軸の位置を求める為に円柱
の周囲三点を検出し、次に円柱の上面を検出する。各点
の検出動作は、円柱の周囲の充分に円柱から離れたアプ
ローチ点から、円柱に向かってゆっくりと移動し、検出
子のプローブが接触した瞬間に移動を停止し、接触信号
がロボットコントローラに入力され、その時点の検出子
の位置をロボットコントローラが記憶し、前記アプロー
チ点まで移動し、次の検出点に向かうのである。このよ
うな測定方法は、円柱でなく穴に対しても適用可能なこ
とは容易に推測できる。

【００３１】ここで、円周上の三点を（ｘ１，ｙ１）（
ｘ２，ｙ２）（ｘ３，ｙ３）とすると、円の中心計算の
ための式を簡単にするために、次のような変換を行う。 　　この■、■式を用い、円の中心計算を行うのである
が、円の中心座標を（ＣＸ，ＣＹ）とすると、となる。

【００３２】図１０は、図５で説明したような検出動作
により得られた円柱に関する位置データから、円柱の中
心軸の位置データを演算して得るためのフローチャート
を示す。同図において、ステップ２００で初期設定を行
い、ステップ２０２で円の数ｅｎおよびファイル名ｆ１
を記憶する。ステップ２０４で円の数を１つ減算してｅ
ｎ＝ｅｎ−１とし、ステップ２０６で分母が０か否かを
判断する。そして、前記の円の中心座標（ＣＸ，ＣＹ）
の式の分母＝０ならステップ２０８へ進み、分母≠０の
場合はステップ２１０へ進む。ここで中心座標を計算し
、ステップ２１２で座標表示を行い、ステップ２１４で
終了条件ＥＮ＝０とする。なお、ステップ２０８で回数
が３以下ならステップ２０６へ戻り、回数が３以上なら
ステップ２１６へ進み、ここで計算不可能表示をしてス
テップ２１４へ進む。そして、ステップ２１８でファイ
ル出力を行う。本実施例では、この演算を図２中のパソ
コン１１上で行っているが、当然ＣＡＤシステムの演算
機能を使って行ってもよい。

【００３３】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、次
のような効果を有する。■　　ロボットの作業対象物体
の代表点の位置データをロボットで測定する際に、作業
者を微妙で危険な位置合わせ（測定）作業から解放する
ことができる。■　　同一対象物体に関して新たにティ
ーチングデータの異なるロボットプログラムを作成した
際には「ずれ」修正作業が不要となる。■　　測定した
い環境物体の種々の位置・形状に対応した測定が可能と
なる。 ■　　測定した直後にグリッパを使った作業を行うこと
ができ、測定とグリッパによる作業の組合わせ作業を次
々と繰り返す場合、効率的に行うことができる。■　　
測定を終了し検出子が不要になった時に、検出子を取り
外して他のグリッパを取り付けることにより、より多く
のグリッパを使って作業が出来るようになり、かつこれ
ら検出子やグリッパの着脱を行っても取り付け位置は簡
単に再現することができる。■　　検出子をグリッパに
付け換えた時に、作用線を再定義する必要がない。■　
　ロボットの最終軸を回転するだけで、以前に検出子の
作用線のあった位置にグリッパの作用線が一致するよう
に移動でき、測定作業とグリッパによる作業の切替えを
容易にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ロボットのオフライン教示装置の構成を示す図
である。

【図２】ロボットのオフライン教示方法のソフトウェア
の処理の流れを示すブロック図である。

【図３】測定動作の自動生成の為のプログラムの概要フ
ローチャートを示す図である。

【図４】（ａ）（ｂ）は図３の詳細なフローチャートを
示す図である。

【図５】接触検出子の取付状態を示す斜視図である。

【図６】（ａ）は接触検出子の分解斜視図であり、（ｂ
）はそのＡ矢視図である。

【図７】ロボットの最終回転軸と接触検出子およびグリ
ッパの作用線との関係を示す図である。

【図８】ロボットの作業対象物体の例を示す図である。

【図９】測定対象物体に対する測定動作の例を示す図で
ある。

【図１０】測定対象物体の位置データを求める演算プロ
グラムのフローチャートを示す図である。

【符号の説明】

１　　　　ＣＡＤシステム ２　　　　パソコン ３　　　　ロボットコントローラ ４　　　　ロボット ５　　　　検出子 ６　　　　検出子用インターフェース装置２１，２２，
２３　　　　グリッパ ２４　　接触検出子 ２６，２７，２８　　　　測定対象物体３０　　　　ボ
ルト ３１　　　　位置決めピン ３２　　　　位置決め穴

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ロボットおよび周辺機器、ワークに関
   するデータを蓄積し、グラフィックディスプレイ上に表
   示し、更に、作業者の作成したプログラムにより前記ロ
   ボット、周辺機器およびワークの動作のシミュレーショ
   ンを行う手段と、前記シミュレーション手段に接続され
   前記プログラムを所望のロボット言語の文法に従ったプ
   ログラムに変換する手段と、環境物体の位置・姿勢デー
   タの３次元ＣＡＤシステム上と実際上のズレ量を補正す
   る手段を備える事により、ロボット実機を使用せずにロ
   ボットの動作の教示を行いしめる方法において、ロボッ
   トの手先に設けた接触検出子で環境物体の位置・姿勢を
   測定するための一連の動作プログラムを、前記ＣＡＤシ
   ステムを用いて作成し、このプログラムに従い必要な環
   境物体の位置データを測定して一旦記憶し、そのデータ
   をＣＡＤシステムまで転送し、環境物体のモデルの位置
   ・姿勢を修正することを特徴とするロボットのオフライ
   ン教示方法。
2. 【請求項２】　　接触検出子がロボットの手先に設けて
   なる検出対象物体と接触検出子の接触状況を電気的に出
   力する手段と、検出対象物体と接触検出子が接触した瞬
   間の接触検出子の位置データを記憶保持する手段と、前
   記記憶保持された位置データから検出対象物体の位置を
   演算し、ＣＡＤシステムにデータ転送する手段と、検出
   対象物体を含む作業対象物体のＣＡＤモデルの位置を修
   正する手段と、検出対象物体の位置を測定するために必
   要な接触検出子の一連の動作を簡便にオフラインで教示
   する手段と、を備える事を特徴とするロボットのオフラ
   イン教示装置。
3. 【請求項３】　　請求項２記載の教示装置において、環
   境物体の位置・姿勢を測定するために、ロボットの手先
   に検出子およびグリッパを取りつけてあることを特徴と
   するロボットのオフライン教示装置。
4. 【請求項４】　　請求項２記載の教示装置において、ロ
   ボットの手先に取付座部品を取り付け、それに複数のグ
   リッパと検出子を併設して取り付けてある構造で、かつ
   ロボット側の取付座部品に設けた位置決めピンと検出子
   側に設けた穴の嵌め合いにより、検出子を着脱しても取
   り付け位置が常に一定であるようにしたことを特徴とす
   るロボットのオフライン教示装置。
5. 【請求項５】　　請求項４記載の教示装置において、検
   出子をグリッパに付け換えた時に、これらの作用線が同
   一であるような取り付け構造を備えていることを特徴と
   するロボットのオフライン教示装置。
6. 【請求項６】　　請求項２記載の教示装置において、検
   出子と併設されたグリッパの作用線の交点が一転で交わ
   り、かつその交点がロボットの最終回転軸上にあること
   を特徴とするロボットのオフライン教示装置。